PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
GABRIELA NUNES MALYSZ
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA JIGAGEM NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO COM AGREGADO GRAÚDO RECICLADO
Porto Alegre 2018
GABRIELA NUNES MALYSZ
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA JIGAGEM NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO COM AGREGADO GRAÚDO RECICLADO
Dissertação de mestrado acadêmico apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos
para a obtenção do título de Mestre em Engenharia na modalidade Acadêmico.
Orientadora: Profª. Dra. Ângela Borges Masuero Orientadora: Profª. Dra. Denise Carpena Coitinho Dal Molin
Porto Alegre 2018
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL Reitor: Rui Vicente Oppermann
Vice-reitor: Jane Tutikian
ESCOLA DE ENGENHARIA Diretor:
Vice diretor:
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO Coordenador: Carlos Torres Formoso
GABRIELA NUNES MALYSZ
ESTUDO DA INFLUÊNCIA DA JIGAGEM NAS PROPRIEDADES DO CONCRETO COM AGREGADO GRAÚDO RECICLADO
Esta dissertação de mestrado foi julgada adequada para a obtenção do título de MESTRE EM ENGENHARIA e aprovada em sua forma final pelas professoras
orientadoras e pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal do Rio Grande do Sul.
Porto Alegre, 18 abril de 2018
Profª. Ângela Borges Masuero Profª. Denise C. C. Dal Molin
Dra. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul Dra pela Universidade de São Paulo
Orientadora Orientadora
Prof. Dr. Carlos Formoso Coordenador PPGCI/UFRGS
BANCA EXAMINADORA
Profª. Aguida Gomes de Abreu Dra. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Profª. Rejane Maria Candiota Tubino Dra. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Prof. Weslei Monteiro Ambrós Dr. pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Dedico esse trabalho aos meus pais, Leonir e Canrober, que são meu porto seguro, e ao meu amado Rodrigo
por todo incentivo, companheirismo e colaboração no desenvolvimento desse estudo.
AGRADECIMENTOS
À minha mãe, que é uma guerreira, uma leoa, minha fortaleza onde sempre encontrei compreensão, apoio e incentivo. Ao meu pai, um homem íntegro, que é meu exemplo de simplicidade, humildade e honestidade. Minha eterna gratidão ao meus pais e minhas irmãs por todo carinho, amor e amparo em todas as etapas da minha vida. Ao meu grande amor, Rodrigo, por ter voltado para minha vida depois de longos anos. Muito obrigada pela cumplicidade, pelo apoio e compreensão nos momentos difíceis, pela ajuda ‘pesada’ nas fases laboratoriais e por estar sempre presente. Gratidão por todo amor, companheirismo e dedicação aos planos futuros.
Um agradecimento especial as minhas orientadoras, Denise e Ângela, pelo direcionamento da pesquisa, pelo conhecimento transmitido, pela paciência, pela orientação nas tomadas de decisões. Vocês são grandes mestres e conseguem transmitir seus ensinamentos de forma única. Vocês não dão aula, vocês dão um show, conseguem fazer com que temas complexos sejam visualizados, assimilados e compreendidos. Gratidão.
Muito obrigada à Universidade Federal do Rio Grande do Sul, aos laboratórios LAMTAC/NORIE e LAPROM onde foram realizados todo programa experimental, por todo suporte e estrutura. Gratidão aos laboratoristas Airton, Ari e Gerson que foram essenciais para a realização dessa pesquisa. Agradeço ao Weslei Ambrós, pela ajuda, acompanhamento e esclarecimentos de dúvidas quanto aos ensaios realizados com o jigue pneumático. À engenheira Lucília Bernardino da Silva por todo suporte e ajuda nas solicitações e tramites internos.
Aos alunos de iniciação científica, Vanessa Scherer, Henrique Sasso, Luiz Dall’Onder, Yasmin Tamimi, Jéssica Freitas, Bernardo Lassen, Anna Carolina Pietzsch, Leonardo Vier, em especial ao Marcelo Bruxel pelo empenho e dedicação na realização das atividades experimentais, meu muito obrigada.
Aos grandes amigos Felipe Costa, Laura Silvestro, Iago Lopes, pela troca de conhecimento, pela parceria nos estudos e publicações, pela disposição e ajuda acadêmica e pessoal. Vocês foram essenciais nessa caminhada, gratidão por tudo.
Aos colegas do Norie, que se tornaram queridos amigos, muito obrigada por todas as conversas, confraternizações, companheirismo, estudo e apoio. Vocês são o presente surpresa desse mestrado.
Enfim, gostaria de agradecer a todas as pessoas que fizeram parte dessa caminhada, e que de alguma forma contribuíram para que esse estudo acontecesse da melhor maneira possível. Gratidão.
“... eu preferirei sempre aqueles que sonham... embora se enganem; Aqueles que esperam... embora, às vezes, suas
esperanças fracassem; Aqueles que apostam na utopia... embora, em seguida, fiquem no meio do caminho. Aposto nos que confiam em que o mundo pode e deve mudar...”
RESUMO
O setor construtivo consome uma grande quantidade de recursos naturais, gerando assim, impactos ao meio ambiente. Desde a extração de matérias-primas e fabricação de materiais, até o término da vida útil das edificações, grandes volumes de resíduos são gerados ao longo de toda a cadeia produtiva é proveniente de demolições. Além da grande quantidade de Resíduos de Construção e Demolição (RCD) contribuir para o crescente volume em aterros, esses são geralmente descartados de forma inapropriada, o que intensifica ainda mais os problemas ambientais causados pela atividade. Estudos vem sendo realizados na busca de alternativas que amenizem esses impactos. A reciclagem desses resíduos e sua utilização como agregado graúdo na confecção de novos concretos vem sendo pesquisada há alguns anos e tem se mostrado uma solução viável em alguns casos. Contudo, a heterogeneidade da composição desse tipo de agregado é apontada como uma das principais restrições ao seu potencial aproveitamento, por gerar grande variabilidade no desempenho dos concretos produzidos com agregado reciclado. Visando a redução das limitações do uso de agregado graúdo reciclado (AGR), esse estudo buscou analisar a utilização do jigue, um equipamento utilizado na área da mineração, o qual realiza separação densitária por meio de aspersão de ar, na seleção de agregados graúdos oriundos da britagem de RCD. Para avaliar o desempenho do equipamento na seleção dos materiais constituintes de AGR, foram moldados corpos de prova de concretos com agregado graúdo reciclado de três fontes distintas antes e após a seleção no jigue, além de concreto de referência com agregado graúdo natural. Com o propósito de mensurar o desempenho dos concretos produzidos, foram realizados ensaios mecânicos e de durabilidade. E buscando um melhor embasamento para as possíveis conclusões, foi realizada análise estatística e comparativa dos resultados. As análises dos ensaios das propriedades mecânicas mostraram que a variabilidade dos agregados reciclados refletiu na inconstância do comportamento dos concretos produzidos com eles, não pode-se perceber um desempenho comum ou uniforme entre as três fontes de agregado reciclado, para os traços produzidos. Para os resultados de módulo de elasticidade se revelou um comportamento atípico na tendência dos resultados, pois com a melhora da matriz, houve decréscimos nos valores de módulo de elasticidade dos traços mais ricos, para a maioria dos agregados reciclados. Para a avaliação de durabilidade, a comparação entre os valores de carbonatação entre os concretos produzidos com agregados reciclados das fontes 1 e 2, jigados e não jigados, mostrou que os agregados que foram processados, geraram concretos com maior permeabilidade às frentes de carbonatação. Contudo, embora alguns estudos apontem bons resultados de separação com jigagem, foi constatado que com a utilização de agregados graúdos reciclados disponíveis no mercado local, para três fontes estudadas, a seleção não conseguiu minimizar a variabilidade das propriedades dos concretos reciclados produzidos com os agregados selecionados.
Palavras-chave: agregado graúdo reciclado, jigagem, resíduo de construção e demolição, variabilidade.
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Malysz G. N. Estudo da influência da jigagem nas propriedades do concreto com
agregado graúdo reciclado. 160 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Escola de Engenharia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre, 2018.
ABSTRACT
The construction sector consumes a great amount of natural resources, generating, therefore, impacts on the environment. From the extraction of raw materials and their manufacturing to the end of useful life of buildings, large volumes of waste are generated along the entire production chain and also from demolitions. In addition to the large amount of Construction and Demolition Waste (CDW) contribution to the increasing volume of landfills, these are generally discarded inappropriately, which further intensifies the environmental problems caused by the activity. Studies have been carried out in the search for alternatives to reduce these impacts. The recycling of these waste and their use as a large aggregate in the manufacture of new concretes has been researched for some years and proven to be a viable solution in some cases. However, the composition heterogeneity of this type of aggregate is indicated as one of the main restrictions to its potential utilization, since it generates great variability in the performance of the concretes produced with recycled aggregate. In order to reduce the use limitations of recycled aggregate (RA), this study aimed to analyze the use of a jig, an equipment used in mining, which performs density separation through air sprinkling in the selection of large aggregates of CDW crushing. To evaluate the equipment performance in the selection of RA materials, specimens of concrete with recycled aggregate of three different sources were molded before and after the selection in the jig, as well as reference concrete with natural aggregate. In order to measure the performance of the concretes produced, mechanical and durability tests were performed. As well as to seek a better basis for the possible conclusions, a statistical and comparative analysis of the results was performed. The mechanical properties tests analysis showed that the variability of the recycled aggregates reflected in the inconstancy of the behavior of the concrete produced with them; it was not possible to perceive a common or uniform performance between the three sources of recycled aggregate for the mix design produced. For the elasticity modulus results an atypical behavior was revealed in the results trend, because with the matrix improvement, there were value decreases in elasticity modulus of the richest traces, for the majority of the recycled aggregates. For the evaluation of durability, the comparison between the carbonation values among the concretes produced with recycled aggregates of sources 1 and 2, jigged and non-jigged, showed that the processed aggregates generated concretes with greater permeability to the carbonation fronts. Although some studies point to good separation results with jigging, it was found that with the use of recycled aggregates available in the local market, for the three studied sources, the selection was not able to minimize the variability of the properties of the recycled concretes produced with the selected aggregates.
Keywords: recycled coarse aggregate, jig, construction and demolition waste, variability.
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Malysz G. N. Estudo da influência da jigagem nas propriedades do concreto com agregado graúdo reciclado. 160 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Escola de Engenharia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, UFRGS, Porto Alegre, 2018.
SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS ... 13 LISTA DE TABELAS ... 16 1 INTRODUÇÃO ... 21 1.1 CONTEXTO E JUSTIFICATIVA ... 21 1.2 OBJETIVOS ... 23 1.3 LIMITAÇÕES ... 24 1.4 DELIMITAÇÕES ... 24 1.5 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ... 25
2 RESÍDUOSDECONSTRUÇÃOEDEMOLIÇÃO(RCD) ... 27
2.1 DEFINIÇÃO, CLASSIFICAÇÃO E COMPOSIÇÃO ... 27
2.2 QUANTIDADE DE RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO GERADOS 29 2.3 AGREGADO GRAÚDO RECICLADO DE RCD (AGRCD) ... 31
2.4 A VARIABILIDADE DOS AGREGADOS RECICLADOS ... 33
2.5 CONCRETO COM AGREGADO GRAÚDO RECICLADO ... 34
2.5.1 Propriedades no estado fresco: massa específica e trabalhabilidade ... 34
2.5.2 Propriedades no estado endurecido: propriedades mecânicas e de durabilidade ... 35
3 MÉTODOSDESEPARAÇÃODEAGREGADOSGRAÚDOS ... 39
3.1 SEPARAÇÃO POR DENSIDADE ... 39
3.1.1 Método de separação por líquidos densos ... 39
3.1.2 Método de tratamento através de jigagem ... 43
3.2 SEPARAÇÃO POR LIXIVIAÇÃO ÁCIDA ... 46
3.3 SEPARAÇÃO AUTOMÁTICA POR SENSORES ... 46
4 MATERIAISEMÉTODOS ... 49
4.1 PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL ... 53
4.2 MATERIAIS UTILIZADOS ... 55
4.2.1 Cimento ... 55
4.2.2 Agregado miúdo natural ... 56
4.2.3 Agregado graúdo natural ... 58
4.2.4 Agregado graúdo reciclado ... 60
4.2.4.1 Obtenção de amostras ... 60
4.2.4.2 Ensaios de separação em jigue ... 63
4.2.4.4 Composição granulométrica e Módulo de Finura ... 73
4.2.4.5 Índice de Forma ... 78
4.2.4.6 Massa unitária e massa específica ... 79
4.2.4.7 Absorção de água ... 84
4.2.5 Água ... 89
4.3 PRODUÇÃO DOS CONCRETOS ... 89
4.3.1 Saturação dos Agregados ... 89
4.3.2 Dosagem experimental e definição do traço de referência e dos concretos reciclados ... 92
4.3.3 Produção dos corpos de prova ... 94
4.3.4 Propriedades no estado fresco ... 95
4.4 MÉTODOS DE ENSAIO ... 96
4.4.1 Propriedades Mecânicas ... 97
4.4.2 Durabilidade ... 98
5 ANÁLISESEDISCUSSÃODOSRESULTADOS ... 104
5.1 RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO AXIAL ... 104
5.2 DADOS E GRÁFICOS DE DOSAGEM ... 113
5.3 MÓDULO DE ELASTICIDADE ... 120
5.4 PROFUNDIDADE DE CARBONATAÇÃO ... 129
6 CONSIDERAÇÕESFINAIS ... 134
6.1 CONCLUSÕES ... 134
6.2 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 137
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Coleta de RCD no brasil e por regiões em 2016, em toneladas/dia ... 31
Figura 2 - Representação esquemática da separação por líquidos densos realizada por lovato (2007) ... 41
Figura 3 - Mecanismos do processo de jigagem, fluidização e sedimentação ... 43
Figura 4 – Descrição do funcionamento do equipamento de separação óptica por cor. ... 47
Figura 5 - Representação esquemática do programa experimental ... 51
Figura 6 - Representação esquemática das variáveis independentes ... 54
Figura 7 – Curva granulométrica do agregado miúdo natural de quartzo ... 57
Figura 8 – Curva granulométrica do agregado graúdo natural basáltico ... 59
Figura 9 – Instalações e equipamentos de processamento do rcd da fonte1 ... 61
Figura 10 – Instalações e equipamentos de processamento do rcd da fonte 2 ... 62
Figura 11 – Modelo de jigagem de escala laboratorial equipamento allair® s-500 ... 63
Figura 12 – Detalhe da câmara de separação, formada por gavetas sobrepostas ... 64
Figura 13 – Imagem da câmera de separação destacando a camada ou gaveta inferior, utilizada ... 66
Figura 14 – Imagem dos materiais separados no ensaio de composição ... 68
Figura 15 - Composição dos materiais que constituem os agregados reciclados da fonte 1, sem processamento (a) e jigado (b) ... 71
Figura 16 - Composição dos materiais que constituem os agregados reciclados da fonte 2, sem processamento (a) e jigado (b) ... 71
Figura 17 - Composição dos materiais que constituem os agregados reciclados da fonte 3, sem processamento (a) e jigado (b) ... 72
Figura 18 – Curvas granulométricas dos agregados graúdos reciclados da fonte 1 ... 74
Figura 19 – Curvas granulométricas dos agregados graúdos reciclados da fonte 2 ... 75
Figura 20 – Curvas granulométricas dos agregados graúdos reciclados da fonte 3 ... 76 Figura 21 – Curvas granulométricas dos agregados graúdos reciclados das fontes 1, 2 e 3 77
Figura 22 – Índice de forma dos agregados graúdos natural e reciclados das fontes 1, 2 e 3,
antes e após jigagem ... 78
Figura 23 – Massa específica dos agregados graúdos reciclados das composições das fontes 1,2 e 3 ... 81
Figura 24 – Massa específica dos agregados graúdos reciclados das composições das fontes 1,2 e 3 ... 81
Figura 25 – Massa unitária dos agregados graúdos reciclados das composições das fontes 1,2 e 3 ... 83
Figura 26 – Equipamentos e aparatos utilizados para o ensaio de absorção dos agregados reciclados ... 85
Figura 27 – Taxa de absorção dos agregados graúdos natural e reciclados ... 87
Figura 28 – Ensaio de módulo de elasticidade sendo realizado com extensômetro elétrico 98 Figura 29 – Exemplo visual da mudança de coloração de amostra após aspersão de fenolftaleína ... 101
Figura 30 – Demonstração da indução de fraturas para os cortes das amostras de carbonatação ... 102
Figura 31 – Exemplo dos locais de medições de profundidade de carbonatação realizadas no autocad ... 103
Figura 32 – Influência do traço na resistência à compressão axial aos 28 dias (MPa) ... 105
Figura 33 – Resistência à compressão axial aos 28 dias (MPa) para fonte 1 ... 106
Figura 34 – Resistência à compressão axial aos 28 dias (MPa) para fonte 2 ... 106
Figura 35 – Resistência à compressão axial aos 28 dias (MPa) para fonte 3 ... 107
Figura 36 – Detalhes de ruptura de corpos de prova após o ensaio de resistência à compressão axial ... 108
Figura 37 – Efeito isolado do tratamento da seleção por jigagem na resistência à compressão axial ... 110
Figura 38 – Efeito isolado do traço na resistência à compressão axial ... 111
Figura 39 – Efeito da interação fonte e tratamento na resistência à compressão axial ... 111
Figura 40 – Efeito da interação traço e fonte na resistência à compressão axial ... 112
Figura 42 – Influência do processamento e da relação a/c para os traços unitários ... 116
Figura 43 – Relação do consumo de cimento e do traço unitário ... 117
Figura 44 – Diagrama de dosagem dos concretos aos 28 dias ... 119
Figura 45 – Médias dos valores de módulo de elasticidade aos 28 dias (GPa) ... 121
Figura 46 – Médias dos valores de módulo de elasticidade (GPa) para fonte 1 ... 122
Figura 47 – Médias dos valores de módulo de elasticidade (GPa) para fonte 2 ... 123
Figura 48 – Médias dos valores de módulo de elasticidade (GPa) para fonte 3 ... 124
Figura 49 – Efeito isolado das fontes de agregado reciclado no módulo de elasticidade ... 125
Figura 50 – Efeito isolado do tratamento realizado nos agregados reciclados no módulo de elasticidade ... 126
Figura 51 – Efeito isolado do traço no módulo de elasticidade ... 127
Figura 52 – Efeito da interação traço e tratamento no módulo de elasticidade ... 128
Figura 53 – Efeito da interação traço e fonte de agregado reciclado no módulo de elasticidade ... 129
Figura 54 – Profundidades médias de carbonatação para os concretos com agregados reciclados da fonte 1 e referência ... 131
Figura 55 – Profundidades médias de carbonatação para os concretos com agregados reciclados da fonte 2 e referência ... 132
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Caracterização química, física e mecânica do cimentos CP IV 32 RS ... 55
Tabela 2 – Granulometria do agregado miúdo ... 56
Tabela 3 – Características físicas do agregado miúdo ... 57
Tabela 4 – Granulometria do agregado graúdo ... 58
Tabela 5 – Características físicas do agregado graúdo ... 59
Tabela 6 - Composição de rcd oriundos de regiões próximas à deste estudo, em porcentagem (%) ... 69
Tabela 7 - Composições realizados por outros pesquisadores, em porcentagem (%) ... 69
Tabela 8 – Composição dos diferentes materiais obtidos nas fontes estudadas, antes e após jigagem, em porcentagem (%) ... 70
Tabela 8 – Resultados de ensaios de composição realizados nas amostras pesquisadas .. 73
Tabela 9 – Resultados de ensaios de massa específica realizados por outros pesquisadores ... 82
Tabela 10 – Taxa de absorção de água percentual em função do tempo de duração do ensaio ... 88
Tabela 11 – Porcentagens de massa de água em relação à massa seca do agregado, adquiridos na etapa de pré-umidificação ... 91
Tabela 12 – Traço encontrado através da dosagem experimental ... 93
Tabela 13 – Relações a/c e abatimentos obtidos para cada concretagem ... 94
Tabela 14 – Quantidade de corpos de prova moldados ... 95
Tabela 15 – Massa específica dos concretos produzidos no estado fresco por traço ... 96
Tabela 16 – Valores adotados para os principais fatores que influenciam nos resultados do ensaio de carbonatação. ... 100
Tabela 17 – Média, desvio padrão e coeficiente de variação da resistência à compressão axial (MPa) ... 104
Tabela 18 – Análise de variância (anova) para a resistência à compressão ... 109
Tabela 20 – Média, desvio padrão e coeficiente de variação do módulo de elasticidade (GPa) ... 120 Tabela 21 – Resultados da análise de variância (anova) para o módulo de elasticidade ... 125 Tabela 22 – Resultados das profundidades médias de carbonatação ... 130
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 - Massa específica do agregado reciclado ... 80 Equação 2 - Taxa de absorção de água percentual ... 86 Equação 3 - Taxa de absorção de água percentual ... 86
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
1:m - quantidade de cimento:agregados, em massa α - teor de argamassa
γ - massa específica do agregado A - agregado miúdo
a/c - relação água/cimento
ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas AGR - Agregado Graúdo Reciclado
AGRCD - Agregado Graúdo Reciclado de Resíduos de Construção e Demolição AGR1 - Agregado Graúdo Reciclado oriundo da Fonte 1
AGR1J - Agregado Graúdo Reciclado oriundo da Fonte 1 selecionado por jigagem AGR2 - Agregado Graúdo Reciclado oriundo da Fonte 2
AGR2J - Agregado Graúdo Reciclado oriundo da Fonte 2 selecionado por jigagem AGR3 - Agregado Graúdo Reciclado oriundo da Fonte 3
AGR3J - Agregado Graúdo Reciclado oriundo da Fonte 3 selecionado por jigagem ANOVA - Análise de Variância
AGRC – Agregado Graúdo Reciclado de Concreto c - cimento
CONAMA - Conselho Nacional do Meio Ambiente CP IV - Cimento Portland Pozolânico
cp’s - Corpos-de-Prova DM - Dimensão Máxima Ec - Módulo de Elasticidade
EPUSP - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo
f
ck - Resistência Característica do Concreto à Compressão IBRACON - Instituto Brasileiro do ConcretoIF - Índice de Forma
IPT - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do estado de São Paulo KPa - Quilo Pascal
KN - Kilo Newton
LAMTAC - Laboratório de Materiais e Tecnologia do Ambiente Construído LAPROM - Laboratório de Processamento Mineral
MPa - Mega Pascal MF - Módulo de finura
NBR - Norma Brasileira Regulamentada NM - Norma Mercosul
NORIE - Núcleo Orientado para a Inovação da Edificação P - agregado graúdo
pH - Potencial de Hidrogênio
PPGCI - Programa de Pós Graduação em Engenharia Civil: Construção e Infraestrutura
RCD - Resíduo de Construção e Demolição RSU - Resíduo sólido urbano
1 INTRODUÇÃO
Nesse capítulo é apresentada a introdução ao tema principal dessa dissertação, buscando contextualizar e justificar a sua escolha. Conjuntamente é feita a apresentação dos objetivos do estudo, bem como suas limitações e delimitações. Por fim é descrita a estrutura desenhada para o desenvolvimento e apresentação da pesquisa proposta.
1.1 CONTEXTO E JUSTIFICATIVA
A expansão urbana e o crescimento populacional impulsionam o setor construtivo. A construção civil é considerada uma das atividades que mais gera impactos ao meio ambiente, através do alto consumo de matérias primas de fontes não renováveis, do consumo elevado de energia tanto na extração, quanto no transporte e processamento de insumos, além da alta emissão de gases poluentes e geração em grande escala de resíduos oriundos de construções, reformas e demolições. Lyle (1994) em seu livro apresenta um capítulo intitulado: Resíduo como um recurso, aonde relata que a primeira dificuldade ou preconceito com a utilização de resíduos é incorporado na própria palavra e que estes devem ser vistos como ótimas fontes de recursos, os quais necessitam apenas de adaptação ou processamento para voltar a serem vistos como matéria prima ou insumo na cadeia produtiva.
Os resíduos sólidos urbanos (RSU) constituem uma problemática ampla e generalizada em todo o mundo e a reciclagem é, sem dúvida, a melhor alternativa para reduzir o impacto que o ambiente pode sofrer com o alto consumo de matéria prima e a geração desordenada de resíduos. Nos últimos anos a reciclagem de resíduos tem sido incentivada, seja por questões políticas, econômicas ou ecológicas, buscando a redução de áreas de aterro, a minimização do volume de resíduos, redução do consumo de energia e atenuação da emissão de gás carbônico.
De acordo com Angulo (2005), o resíduo de construção e demolição (RCD) é responsável por aproximadamente 50% da massa do resíduo sólido urbano (RSU), o que pode ser considerado uma quantidade significativa de material disponível, e de
fonte crescente, o que torna o estudo da sua utilização viável. Em contrapartida à grande geração de resíduos, atualmente existe a preocupação em encontrar bons agregados naturais próximos a áreas urbanas, considerando que os custos de transporte entre as fontes e os canteiros estão se tornando cada vez mais significativos na composição do orçamento das obras. A incorporação de materias reciclados como agregados na composição de concretos na construção civil pode trazer vantagens importantes no ponto de vista sustentável, como a diminuição das áreas de aterro de descarte desses materiais, a redução da extração e utilização de agregados naturais oriundos de fontes não renováveis. Além de suprir uma demanda crescente do consumo de materiais, a reciclagem de resíduos de construção e demolição minimizaria também os problemas com o gerenciamento dos resíduos sólidos dos municípios (LEITE, 2001).
Sendo assim, estudos que tenham como objetivo compensar os danos já causados e/ou minimizar os futuros se tornam importantes dentro do cenário em que as fontes geradoras de resíduos são permanentes tendo em vista a crescente necessidade de novas construções e a ocorrência inevitável de reformas, revitalizações e demolições de edificações existentes (CORDEIRO, 2013).
Resíduos de construção e demolição já vem sendo usados há algum tempo em pavimentações, servindo de base e sub-base, e em concretos e blocos com ou sem função estrutural. Contudo, por ser constituído por diferentes materiais, os agregados obtidos do processamento de RCD acabam sendo extremamente variáveis, o que interfere diretamente no comportamento do concreto produzido com eles. Essa circunstância pode dificultar, tornar inviável ou limitar sua reutilização ou reciclagem. Alguns estudos empregando o uso de equipamentos utilizados pela mineração, como jigues hidráulicos e pneumáticos, para a seleção de resíduos de construção e demolição vem sendo realizados nos últimos anos. Contudo, em sua maioria, as pesquisas publicadas utilizam agregados reciclados feitos em laboratório, ou seja, produziram agregados a partir de tijolos novos, argamassas e concretos confeccionados em laboratório, tendo controle da composição e realizando todo o processo de seleção e britagem para a obtenção dos agregados reciclados utilizados (XING; HENDRIKS, 2006; COELHO E BRITO,2013; CAZACLIU et al.,2014; ZORTEA,
2014a; ZORTEA, 2014b; SILVA et al.,2015; SAMPAIO et al.,2016; AMBRÓS et al., 2016; CUNHA, 2017; entre outros). Sendo assim, pode-se identificar uma lacuna de conhecimento no que tange pesquisas com agregados reciclados produzidos a partir da britagem de resíduos oriundos efetivamente de construções e demolições, os quais são comercializados já na sua forma final.
Dentro desse contexto, a pesquisa se propõe a estudar a utilização do jigue pneumático, por se tratar de um equipamento que pode ser usado em larga escala, com o objetivo de promover uma rápida separação dos materiais mais nobres, que podem ser usados em substituição ao agregado graúdo natural em concretos estruturais. E assim, através de experimentos laboratoriais, estudar a influência dessa seleção nas propriedades do concreto resultante. Busca-se dessa forma contribuir para a evolução das pesquisas com agregados reciclados e colaborar com as possibilidades de usos mais nobres e economicamente mais vantajosos para esses materiais.
1.2 OBJETIVOS
O objetivo principal dessa pesquisa é avaliar a influência do processo de separação por jigagem do agregado graúdo reciclado oriundo de Resíduo de Construção e Demolição, nas propriedades mecânicas e de durabilidade em concretos estruturais. Os objetivos secundários consistem em:
a) verificar a influência da separação dos agregados graúdos reciclados através de jigagem nas características dos agregados;
b) analisar as propriedades do concreto no estado fresco produzidos com agregados graúdos reciclados antes e após separação densitária;
c) avaliar as propriedades mecânicas do concreto no estado endurecido (resistência à compressão e módulo de elasticidade) com agregado graúdo reciclado de RCD antes e após a seleção através da utilização de jigue;
d) verificar a influência da separação dos agregados graúdos reciclados de RCD na durabilidade do concreto através de ensaio de carbonatação;
e) analisar a variabilidade entre as propriedades dos concretos produzidos com agregado graúdo reciclado de RCD obtidos em fontes distintas após processamento no jigue.
1.3 LIMITAÇÕES
A limitação atribuída a essa pesquisa é referente aos agregados, que foram adquiridos nas condições que são comercializados, distribuídos ou doados, os equipamentos utilizados no beneficiamento e o tipo de britagem não foram avaliados.
1.4 DELIMITAÇÕES
As delimitações atribuídas a essa pesquisa são:
a) o estudo utilizou agregados graúdos reciclados oriundos de três fontes distintas localizadas no estado do Rio Grande do Sul, nas cidades de Montenegro e Porto Alegre;
b) o equipamento de mineração, que faz a segregação por densidade, utilizado na pesquisa é de um modelo em específico;
c) para as pesquisas foi utilizado o cimento CPIV que é o mais consumido e facilmente encontrado no mercado local;
d) não foi adotado o uso de aditivos;
e) para a trabalhabilidade dos concretos frescos produzidos foi adotada uma faixa de valores como sendo uma constante;
f) os ensaios utilizados para avaliar o comportamento dos concretos produzidos com o agregado graúdo reciclado foram: resistência a tração axial, módulo de elasticidade e durabilidade através de carbonatação;
g) devido a restrições de tempo, a profundidade de carbonatação foi avaliada para duas fontes de agregado graúdo reciclado;
h) foram adotados parâmetros únicos para o funcionamento do jigue pneumático, para todos os processamentos realizados.
1.5 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO
Este documento está estruturado em seis capítulos. No primeiro capítulo apresenta-se a introdução, onde é feita a contextualização e a justificativa, apresenta-sendo argumentada a importância do tema abordado nesta pesquisa. São citados alguns estudos realizados até o momento sobre o assunto, bem como são expostos os objetivos principal e secundários, limitações e delimitações do estudo.
No segundo capítulo é realizada uma breve revisão bibliográfica sobre o material principal estudado nessa pesquisa, os resíduos de construção e demolição (RCD). Sendo apresentadas informações sobre a definição, classificação e composição dos resíduos, um breve histórico e uma estimativa de quantidades geradas, bem como um panorama sobre a reciclagem desse material. Ainda é discernido sobre agregado graúdo reciclado de resíduos de construção e demolição (AGRCD), suas características e variabilidade, assim como as propriedades dos concretos que utilizam esse tipo de constituinte.
No terceiro capítulo são apresentados os principais métodos e estudos já realizados para separação de partículas: método de separação por líquidos densos, método de tratamento com ácido, técnicas de classificação automática e método de tratamento mecânico.
O programa experimental está detalhado no quarto capítulo, onde é descrito o planejamento experimental com as variáveis de resposta, os fatores controláveis e a matriz experimental utilizadas para o tratamento estatístico do trabalho. Nesse capitulo também são descritos os materiais utilizados, a dosagem experimental e concretagens realizadas, bem como os métodos de ensaio adotados, a fim de satisfazer os objetivos deste trabalho.
O quinto capitulo traz a análise e discussão dos resultados obtidos, conforme o programa experimental, para resistência à compressão axial, módulo de elasticidade e profundidade de carbonatação. Em seguida, no sexto e último capítulo são expostas as conclusões que a pesquisa obteve e sugestões para trabalhos futuros.
2 RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO (RCD)
A seguir é apresentada uma revisão bibliográfica que busca servir de embasamento teórico para um melhor entendimento do tema proposto, e que abordará as definições e classificações, o panorama da geração de resíduos, a caracterização e conceitos relacionados ao agregado graúdo reciclado, bem como a variabilidade das suas propriedades e as particularidades já estudadas da utilização desse material em matrizes cimentícias.
2.1 DEFINIÇÃO, CLASSIFICAÇÃO E COMPOSIÇÃO
Os resíduos de construção e demolição (RCD) são todos os materiais originários dos desperdícios da construção civil ou de demolições. A resolução nº 307 do CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE (CONAMA, 2002), alterada pelas resoluções de número 348/2004, 431/2011, 448/2012 e 469/2015, define Resíduos de Construção Civil (RCC) da seguinte forma:
Resíduos da construção civil: são os provenientes de construções, reformas, reparos e demolições de obras de construção civil, e os resultantes da preparação e da escavação de terrenos, tais como: tijolos, blocos cerâmicos, concreto em geral, solos, rochas, metais, resinas, colas, tintas, madeiras e compensados, forros, argamassa, gesso, telhas, pavimento asfáltico, vidros, plásticos, tubulações, fiação elétrica etc., comumente chamados de entulhos de obras, caliça ou metralha.
Ainda através do artigo 3º da mesma resolução, os resíduos da construção civil são classificados em quatro classes (CONAMA, 2002):
I - Classe A - são os resíduos reutilizáveis ou recicláveis como agregados, tais como:
a) de construção, demolição, reformas e reparos de pavimentação e de outras obras de infra-estrutura, inclusive solos provenientes de terraplanagem;
b) de construção, demolição, reformas e reparos de edificações: componentes cerâmicos (tijolos, blocos, telhas, placas de revestimento etc.), argamassa e concreto;
c) de processo de fabricação e/ou demolição de peças pré-moldadas em concreto (blocos, tubos, meios-fios etc.) produzidas nos canteiros de obras;
II - Classe B - são os resíduos recicláveis para outras destinações, tais como: plásticos, papel/papelão, metais, vidros, madeiras e outros; III - Classe C - são os resíduos para os quais não foram desenvolvidas tecnologias ou aplicações economicamente viáveis que permitam a sua reciclagem/recuperação, tais como os produtos oriundos do gesso;
IV - Classe D - são os resíduos perigosos oriundos do processo de construção, tais como: tintas, solventes, óleos e outros, ou aqueles contaminados oriundos de demolições, reformas e reparos de clínicas radiológicas, instalações industriais e outros.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas, em sua normativa NBR 15113 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2004), classifica os diversos tipos de resíduos nas seguintes categorias:
a) Classe A: por potenciais resíduos reutilizáveis como agregados, tendo como origem as demolições e/ou construções, e processos de fabricação de diversos materiais; b) Classe B: resíduos metálicos, vítreos e não minerais;
c) Classe C: resíduos sem tecnologia de reciclagem disponível para seu reaproveitamento;
d) Classe D: resíduos de alta periculosidade.
A NBR 10004 (ABNT,2004) prescreve a classificação dos resíduos sólidos quanto aos seus potenciais riscos ambientais em Classe I – perigosos, Classe II A – não perigosos e não inertes, e Classe II B – não perigosos e inertes. Os resíduos de construção e demolição na maioria dos casos podem ser tratados como de classe II A – quando são compostos de materiais não perigosos e não inertes, como componentes minerais não poluentes e inertes quimicamente. Entretanto, em muitos casos, devido à contaminação ou seleção inapropriada, estes resíduos podem conter impurezas e contaminantes, provenientes de polímeros, gesso, matéria orgânica, amianto, sílica e diversas substâncias reativas que o tornam não inerte ou perigoso. Sendo assim, podem ser capazes de contaminar o solo e os recursos hídricos e ocasionar riscos à saúde humana.
Pode-se observar que os resíduos da construção civil são compostos de vários materiais, os quais são gerados em quantidades distintas por motivos diversos. Esses também se diferem de acordo com o padrão da construção e a localização da obra, pois geralmente são empregados componentes disponíveis na região.
Quanto à composição dos resíduos de construção e demolição, alguns pesquisadores, como Angulo (2005), realizaram estudos no Brasil, o qual relata em sua tese que a maior parcela encontrada é de origem mineral, como rochas, concretos, argamassas, materiais cerâmicos, sendo que essa fração possui grande variabilidade na sua composição, dependendo da origem da geração do resíduo. Ainda descreve como fator agravante do cenário nacional, o descaso com a reciclagem e a separação adequada dos resíduos, o que dificulta o seu beneficiamento e reutilização. Leite (2001) expõe alguns fatores que determinam a composição média dos resíduos de construção e demolição, como a tipologia usada na construção, as técnicas construtivas existentes no período ou época da concepção da obra e os materiais disponíveis nas proximidades. Portanto, é perceptível que a composição dos materias que formam os resíduos de construção e demolição é influenciada por diversos parâmetros que são responsáveis pela sua variabilidade. De modo geral, os resíduos de construção e demolição são constituídos por uma diversificada gama de materiais. Neles podem existir componentes inorgânicos e minerais, como: concretos, argamassas e cerâmicas, e componentes orgânicos, plásticos, materiais betuminosos, entre outros (ANGULO, 2000).
2.2 QUANTIDADE DE RESÍDUOS DE CONSTRUÇÃO E DEMOLIÇÃO GERADOS As fontes geradoras de resíduos na construção civil são diversas. Leite (2001) apresenta alguns fatores ou condições que mais impactam ou contribuem para um volume cada vez maior de resíduos no setor construtivo, como a falta de qualidade dos bens e serviços. Esses, além de serem responsáveis por grande parte do desperdício originado durante a etapa de construção, geram patologias e manutenções durante um longo período após a finalização das atividades, acarretando mais consumo de matéria prima e geração de mais resíduos. Ademais,
aponta o déficit no controle e gerenciamento dos processos produtivos dos subprodutos utilizados nas construções; o surgimento de novas concepções arquitetônicas e novos materiais, que fazem com que frequentemente as construções passem por adaptações e modificações, como atividades que contribuem significativamente para a formação do grande volume de resíduos gerados.
Lovato (2007) argumenta que a origem dos resíduos de construção e demolição também pode ser causada por desastres, através de fenômenos da natureza, como atividades sísmicas e enchentes, sinistros causados pelo homem de forma deliberada ou sem intenção, além das sobras na construção civil geradas pelos processos construtivos ou de demolição. No mesmo estudo a pesquisadora estima que, em nível mundial, cada habitante gera, por ano, entre 130 e 3000 quilogramas desse tipo de resíduo.
Quanto às quantidades de RCD geradas no Brasil, esse número é bastante difícil de quantificar, devido à carência de informações, aos descartes em locais inapropriados e à falta de controle e gerenciamento dos locais que recebem esse tipo de resíduo. A Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais (ABRELPE, 2018) apresenta, no relatório de 2016, que cerca de 45,1 milhões de toneladas de RCD foram coletadas no território nacional e apresentam um índice de 220 kg/hab/ano. Desses totais, mais de 65% foram gerados apenas nas regiões Sul e Sudeste, como se pode observar na figura 1.
Considerando que grande parte dos resíduos de construção e demolição são depositados em locais ilegais, sem registro ou controle, alguns pesquisadores presumem que esse número seja maior e estimam uma geração média de 500 kg/hab/ano, o que para 2016, considerando o número de habitantes fornecidos pelo IBGE (2018), seria aproximadamente 103 milhões de toneladas para a população brasileira (CONTRERAS et al., 2016). Considerando que no país o consumo de agregados é da ordem de 380 milhões t/ano, se toda a fração mineral dos resíduos de construção e demolição fosse reciclada e reutilizada na forma de agregado, essa quantidade atenderia algo próximo de 27% da demanda de consumo desse setor. Como pode-se perceber o mercado de resíduos é promissor e a sua reciclagem na
composição de concretos se apresenta como uma alternativa viável, por ser capaz de absorver ou consumir grandes volumes de material (ANGULO et al., 2002).
Figura 1 – Coleta de RCD no Brasil e por regiões em 2016, em toneladas/dia
Fonte: ABRELPE, 2018
2.3 AGREGADO GRAÚDO RECICLADO DE RCD (AGRCD)
Prevenção, reutilização e reciclagem são questões de suma importância para o gerenciamento de resíduos. As técnicas de demolição e a gestão dos resíduos de construção e demolição dos edifícios são questões-chave no desenvolvimento da construção sustentável. As técnicas de demolição vêm recebendo atenção e em vários países formam um setor importante, sendo consideradas uma disciplina dentro do campo da engenharia civil, para a qual estão sendo buscadas atividades mais planejadas, objetivando práticas mais seguras (KAMRATH, 2013).
Tendo em vista os problemas ambientais causados pelo setor construtivo e o crescente consumo de matéria prima já escassa em alguns países, vários estudos foram desenvolvidos nos últimos anos com o objetivo de reaproveitar ou reciclar os resíduos gerados pela construção dentro do próprio setor. Algumas utilizações dos resíduos de construção já são bem difundidas, como a produção de concretos magros sem fins estruturais, aproveitamento em base e sub-base de pavimentos, produção de blocos de concreto, entre outros (FONSECA 2002; ANGULO et al., 2003; VIEIRA
123619 4720 24387 13813 63981 16718 0 15000 30000 45000 60000 75000 90000 105000 120000
Brasil Região Norte Região Nordeste Região Centro-Oeste Região Sudeste Região Sul to n e la d a s /d ia
e DAL MOLIN, 2004; RAO et al., 2007; CCANZ, 2011; ULSEN, 2011; COELHO E BRITO, 2013; entre outros).
Nos últimos anos, pesquisadores vem estudando as propriedades e características dos agregados reciclados oriundos de RCD na tentativa expandir o conhecimento, a sua aplicabilidade e assim a aumentar utilização desses materiais, buscando integra-los em usos cada vez mais nobres. Algumas particularidades, como maior quantidade de poros, maior absorção de água e menor resistência se comparados com os agregados naturais, fazem com que sua utilização não seja frequente. Contudo, seu emprego apresenta vantagens relevantes que devem ser evidenciadas, como menor custo de produção e a redução dos impactos ambientais, com a diminuição de áreas de aterro e a atenuação da extração de matéria prima de fontes não renováveis (ANGULO, 2000; JOHN, 2000; SANTOS et al., 2002; XIAO et al., 2005; CABRAL, 2007; BRITO, 2010; ULSEN et al., 2013 entre outros).
Mehta e Monteiro (1994), em estudos mais antigos, já preconizavam que os resíduos gerados pela construção civil são uma fonte economicamente viável de agregados, por serem materiais que ocupam grande parcela da constituição volumétrica do concreto. Ainda, podem receber maior importância quando são analisados locais onde agregados de boa qualidade são escassos e quando o custo de disposição do entulho é incluído na análise econômica. Contudo os autores ressaltam que conhecer suas características físicas, bem como suas interações no concreto, são de extrema importância para a viabilidade de sua utilização.
Os agregados reciclados geralmente apresentam uma grande quantidade de partículas lamelares, principalmente quando são compostos de uma quantidade significativa de materiais cerâmicos. Alguns estudos sobre as propriedades e características dos agregados reciclados têm sido realizados. Como por exemplo, o trabalho publicado por Silva et al. (2014), o qual reuniu dados de 116 publicações, sendo analisados 589 agregados reciclados de diferentes tipos, tamanhos e origens. Essas publicações foram escolhidas pelos autores como sendo amostras significativas publicadas no período de 18 anos (de 1996 à 2013) e objetivou representar mais de 20 países de 4 continentes. As conclusões da pesquisa apontam que independentemente do tipo, tamanho e origem do agregado, existe uma relação
entre a absorção de água e a densidade, que ocorre principalmente devido à porosidade do material e que, à medida que a porosidade aumenta, a capacidade de absorção de água aumenta e a densidade diminui. Com base nos dados analisados, os autores propõem que não seja feita uma classificação dos agregados reciclados baseada na sua composição, mas principalmente em suas propriedades físicas. A importância da realização de ensaios de caracterização dos agregados reciclados oriundos de resíduos de construção e demolição se baseia, não somente na diversidade da natureza dos materiais que o compõem, mas também nas suas características especificas, as quais mais os diferem dos agregados naturais.
2.4 A VARIABILIDADE DOS AGREGADOS RECICLADOS
Estudos realizados indicam que os agregados reciclados possuem grande potencial de utilização como insumo na construção civil, porém, ainda existem barreiras, restrições e insegurança no seu uso, devido à grande variabilidade dos constituintes dos resíduos de construção e demolição.
Ângulo (2000) pesquisou a variabilidade de agregados graúdos reciclados obtidos na cidade de Santo André quanto à constituição, à composição granulométrica, ao índice de forma, à absorção de água e à massa específica. Como conclusões, o autor descreve a presença significativa de variabilidade nos agregados reciclados estudados em todas as propriedades analisadas. Em outro estudo Vieira e Dal Molin (2004) concordam que o grande empecilho técnico para a utilização de RCD em concretos é justamente sua variabilidade.
Cabral (2007), em sua tese, concorda com os autores citados anteriormente e acrescenta que a redução ou controle da heterogeneidade de agregados reciclados pode viabilizar a produção de concretos com maior durabilidade e desempenho mecânico aceitável.
Contudo, para que a aplicação de agregados reciclados possa ser difundida e a sua escolha venha a ser mais recorrente na composição de concretos estruturais, estudos
de processos ou mecanismos que minimizem sua variabilidade são necessários e justificam a importância de pesquisas com esse objetivo (LOVATO, 2007).
2.5 CONCRETO COM AGREGADO GRAÚDO RECICLADO
Nesse item, serão abordadas as principais características das propriedades no estado fresco e no estado endurecido dos concretos com agregados reciclados, que foram estudadas em algumas pesquisas já realizadas.
2.5.1 Propriedades no estado fresco: massa específica e trabalhabilidade
Para Mehta e Monteiro (1994), a massa específica do concreto no estado fresco depende da massa do agregado, da sua porosidade, textura e tamanho. Carrijo (2005) quantificou a variação da massa específica do concreto fresco em função da relação a/c e da massa específica do agregado utilizado, e observou que à medida que se reduz a massa especifica do agregado e aumenta a relação a/c, reduz a massa específica do concreto no estado fresco. Já Ferreira (2007) traz a massa específica do concreto no estado fresco como sendo um reflexo da massa específica dos seus componentes, em especial dos agregados, mas também influenciada pelo grau de compactação (existência de ar no interior do concreto) dos mesmos.
Os agregados reciclados de RCD, de modo geral, possuem textura mais áspera e rugosa, proporcionando um maior travamento durante a mistura e dificultando a movimentação entre as partículas. Sendo assim, necessitam mais pasta de cimento para promover a trabalhabilidade e mobilidade necessárias ao concreto no estado fresco. Esses materiais também se caracterizam por apresentar uma quantidade significativa de partículas lamelares, especialmente quando são compostos por uma parcela maior de materiais cerâmicos. O formato e a textura dos grãos têm grande influência nas propriedades do concreto no estado fresco. Essas particularidades podem gerar impactos na consistência do concreto, reduzindo a fluidez do material (MEHTA; MONTEIRO, 1994; LEITE, 2001).
Alaejos e Sanchez (2014) mencionam que a condição saturada superfície seca, para agregados reciclados, diminui a grande variação da consistência dos concretos no estado fresco, possibilitando um melhor controle da trabalhabilidade.
Segundo Coutinho (2000), os agregados graúdos lamelares tornam os concretos ásperos e difíceis de compactar. Em seu estudo, Cordeiro (2013) complementa esse fato e relata que a trabalhabilidade dos concretos produzidos com agregado reciclado é reduzida, principalmente devido à maior porosidade característica destes.
2.5.2 Propriedades no estado endurecido: propriedades mecânicas e de durabilidade
Numerosos estudos já avaliaram as propriedades mecânicas através da resistência à compressão axial em concretos com agregados reciclados. Em geral, essas pesquisas revelam que a resistência à compressão de concretos produzidos com agregados reciclados é menor do que os valores obtidos para os concretos moldados com agregados naturais, para uma mesma matriz cimentícia e mesmo traço. Ainda descrevem que as razões associadas a esse comportamento estão atreladas às características desse tipo de agregado, como maior porosidade, menor resistência do agregado, formato lamelar, entre outras (SANTOS et al., 2002; ALAEJOS e SÁNCHEZ, 2004; XIAO, 2005; CABRAL, 2007; RAO, 2007; MOREIRA, 2010; SILVA
et al., 2014).
Zordan (1997), em seu estudo, chegou a valores de resistência à compressão axial do concreto reciclado, até 50 % inferiores à resistência do concreto de referência. O autor comparou concretos para os quais foi estabelecido como parâmetro de dosagem o índice de abatimento do concreto, ou seja, as relações água/cimento das misturas e os consumos de cimento foram variáveis, da mesma forma que foi realizado o presente estudo.
Santos et al. (2002) concluíram, em suas pesquisas, que o agregado reciclado somente causará influência na resistência do concreto, quando a matriz cimentícia for mais resistente que o agregado, quando possivelmente a ruptura por compressão se dará no ponto mais frágil, que nessa hipótese seria no agregado reciclado. Do mesmo
modo, se a matriz do concreto for menos resistente do que os agregados reciclados que compõe o concreto, esses não exercerão grandes influências na resistência mecânica.
Concomitantemente, pesquisas que avaliam o comportamento de agregados dentro de matrizes cimentícias, consideram o ensaio do módulo de elasticidade como parâmetro importante a ser analisado. Essa propriedade mecânica está diretamente relacionada com as particularidades da pasta de cimento hidratada, da zona de transição e do agregado utilizado, e medem a sua capacidade de rigidez. A capacidade de deformação do agregado graúdo está associada à sua porosidade, textura, forma e composição mineralógica, podendo assim influenciar nas características de restrição à deformação da matriz de concreto (MEHTA E MONTEIRO, 1994).
Autores que investigam concretos produzidos com agregados reciclados relatam que estes apresentam um módulo de elasticidade menor que o dos concretos convencionais. Hansen (1992) teve uma redução de 15 a 40% nos resultados de módulo de elasticidade em seu estudo, ao substituir o agregado graúdo natural por agregado graúdo reciclado. Alaejos e Sánchez (2004) encontraram valores de módulo de elasticidade do concreto com resíduo 20% menores do que os valores obtidos para o mesmo concreto produzido com agregado natural.
Geralmente, conforme o consumo de cimento cresce e os valores da relação água/cimento diminuem, os resultados do módulo de elasticidade dos concretos são mais altos. Contudo Rohden (2015), em sua pesquisa, encontrou um comportamento diferente, e demostrou experimentalmente que a diferença entre o módulo de elasticidade do agregado e da argamassa gera deformações diferenciais dos dois elementos. Ainda constata que essa diferença de deformações implica em tensões na interface argamassa/agregado graúdo, e que essas são proporcionais à diferença existente entre o módulo de elasticidade do agregado e da argamassa. Ou seja, se o agregado graúdo utilizado tiver uma rigidez muito abaixo da matriz cimentícia, os resultados gerados por esse concreto podem não alcançar valores tão alto quando os esperados convencionalmente, ou ainda, embora seja melhorada ou enriquecida a
matriz, tal fato pode não garantir uma melhora dos valores para o concreto, caso o agregado graúdo utilizado tenha baixas resistências.
Algumas características inerentes aos agregados oriundos de RCD são influenciadas pelas elevadas taxas de absorção de água e a alta porosidade, atributos que podem impactar na vida útil desses materiais, assim se evidencia a importância da realização de estudos de durabilidade dos concretos que tenham esse tipo de agregado na sua composição (CABRAL, 2007).
Na composição do concreto armado, o concreto fornece uma barreira de proteção para o aço, protegendo-o de agressões externas, além disso, garante o meio alcalino necessário, proporcionando uma proteção química para a armadura. A corrosão das armaduras é considerada como uma das principais causas de danos nas estruturas de concreto armado, e pode ser provocada pela penetração de íons cloreto e/ou gás carbônico. O fenômeno da carbonatação acontece naturalmente nas estruturas de concreto, mediante a presença de determinada concentração de dióxido de carbono e certo teor de umidade na atmosfera. É um processo físico-químico que avança lentamente no interior das estruturas de concreto, através da penetração de gás carbônico da superfície externa para a interna, tendo como principal efeito a redução da alcalinidade do concreto. A diminuição do pH provoca a redução do hidróxido de cálcio na solução, o que altera as condições de estabilidade química do meio alcalino e da camada passiva que protege a armadura. A corrosão produz óxidos e hidróxidos de ferro, que possuem volume maior que as partículas de aço, ocasionando danos, fissuras e podendo comprometer as estruturas de concreto armado. Sendo assim, a durabilidade de uma estrutura de concreto está intimamente associada à permeabilidade da camada superficial, que deve limitar a entrada de substâncias que podem iniciar ou propagar possíveis ações deletérias, como o dióxido de carbono, cloreto, sulfato, água, oxigênio, álcalis, ácidos, entre outros. Na prática, a durabilidade depende da seleção do material, da composição do concreto, bem como do controle durante a concretagem, compactação, acabamento e cura (MEHTA E MONTEIRO, 1994; PAULETTI et al., 2007; CASCUDO E CARASEK, 2011).
Werle (2011) estudou o impacto da porosidade de agregados reciclados de concreto na profundidade de carbonatação de concretos produzidos com esses materias. A
pesquisadora constatou que essa característica do agregado foi decisiva nos resultados obtidos, sendo que quanto mais poroso era o AGRC utilizado, maiores foram as profundidades de carbonatação atingidas pelos concretos produzidos com eles. Também foi evidenciado na pesquisa que, quanto menor eram as resistências dos agregados reciclados de concreto, maiores foram as velocidades de carbonatação e maiores foram as dispersões de resultados obtidos.
Cabral (2007) pesquisou diversas publicações, envolvendo avaliações de carbonatação de concretos produzidos com agregados reciclados, e constatou que para concretos com traço pobre, espera-se que os concretos com agregados reciclados tenham um pior desempenho, considerando que a matriz e o agregado reciclado serão porosos e permitirão assim a penetração dos agentes agressivos, ao contrário dos agregados naturais, que são menos permeáveis. Ainda, ao comparar concretos de alta resistência e traços ricos produzidos com agregados naturais e agregados reciclados, relatou que o comportamento esperado é de que ambos tenham profundidades de carbonatação semelhantes, considerando que a matriz terá baixa permeabilidade e não permitirá a passagem dos agentes agressivos.
Em condições naturais de exposição (0,03 a 1% de CO2), o avanço da frente de carbonatação leva vários anos para apresentar resultados passíveis de análise. Por isso, muitas pesquisas são desenvolvidas utilizando um sistema de ensaio acelerado, que submete o concreto a teores elevados de CO2 e permite um controle rígido de todas as condições de exposição, fornecendo uma resposta rápida do comportamento do material ante a carbonatação. Existe, ainda, uma grande dificuldade no meio técnico de comparar os resultados de pesquisas sobre carbonatação acelerada, devido à grande diversidade dos procedimentos realizados em função da ausência de padronização nos ensaios (CALADO et al., 2015).
3 MÉTODOS DE SEPARAÇÃO DE AGREGADOS GRAÚDOS
A variabilidade dos materiais que compõe os resíduos gerados nas atividades de construção e demolição produzem agregados reciclados heterogêneos, o que gera incerteza nas propriedades do concreto resultante produzido com o agregado reciclado. Dentro desse contexto, alguns trabalhos técnicos e científicos estudam métodos de separação de partículas que possam ser utilizados na separação dos diversos tipos de materiais que compõe os agregados de Resíduos de Construção e Demolição (RCD), na tentativa de dar um destino mais nobre aos componentes que tem características melhores.
A seguir, é apresentada uma revisão bibliográfica de métodos de separação de partículas, que foram selecionados por serem considerados os mais relevantes entre os processos que já foram pesquisados para seleção de agregados reciclados.
3.1 SEPARAÇÃO POR DENSIDADE
Nesse item serão apresentados e descritos dois métodos de separação de agregados graúdos reciclados que utilizam a densidade como principal meio para realizar a seleção de materiais.
3.1.1 Método de separação por líquidos densos
A separação em meio denso, também chamado de método de “afunda-flutua”, é um processo de separação gravítica aplicado na separação de partículas, o qual se baseia na diferença de densidade entre um meio fluido e as partículas a serem separadas. O meio denso pode ser constituído de líquidos orgânicos, soluções de sais inorgânicos ou de uma suspensão estável de densidade pré-determinada. A suspensão em meio denso é um sistema heterogêneo constituído de um sólido insolúvel disperso em uma solução aquosa. O meio denso a ser utilizado na separação de minerais deve apresentar uma densidade intermediária entre as partículas a serem
separadas, de maneira que os materiais com densidade inferior flutuem, e aqueles com densidade superior afundem (SILVA, 2012).
O anexo B da NBR 15116 (ABNT, 2004) estabelece o procedimento de separação por densidades através do uso de líquidos densos, que resumidamente consiste em: peneirar o material e medir sua massa seca, então coloca-se, em um béquer, uma solução de algum líquido de densidade conhecida, como o cloreto de zinco e bromofórmio, e se mistura o material ao líquido cuidadosamente, com o auxílio de um bastão de vidro. Algumas partículas irão afundar e outras flutuar, conforme sua densidade. As partículas flutuantes devem ser retiradas com uma escumadeira. Então, se transfere o líquido do béquer para um segundo recipiente, tomando cuidado para que apenas as partículas flutuantes sejam vertidas com o líquido. Retorna-se o líquido ao primeiro béquer e agita-se novamente. O procedimento de decantação é repetido até que não sobrem partículas flutuantes. O material retirado com a escumadeira deve ser lavado com água e seco em estufa até que a massa fique constante. Determina-se a massa final do material retirado com a escumadeira e calcula-se o percentual de material afundado e flutuado.
Angulo et al. (2004) realizaram um estudo para separação de materiais com massas variando entre 1 e 3 kg, em função do tamanho médio das partículas, as quais foram submetidas à separação por líquidos com densidades de 1,7; 1,9; 2,2; e 2,5 g/cm³. Os líquidos com densidades de 1,7 e 1,9 g/cm³ foram obtidos por dissolução de cloreto de zinco em água e os demais foram obtidos por solução de bromofórmio e álcool etílico. As partículas, quando imersas na solução com peso específico conhecido, foram agitadas levemente, resultando em uma parte do material flutuado e outra afundado. No produto flutuado em 1,9 g/cm³ se concentrou quase a totalidade dos contaminantes, como madeiras, papel e materiais betuminosos. Foi verificado que os agregados com densidade acima de 2,5 g/cm³ eram predominantemente rochas naturais, envolvidas por uma camada de pasta de cimento endurecida, sendo que o teor de pasta endurecida é relativamente baixo. Os agregados com densidade entre 1,9 e 2,5 g/cm³ eram compostos predominantemente por cerâmicas (vermelha e branca) e partículas cimentícias. Os autores concluíram que a separação por líquidos densos se revelou uma técnica importante no estudo dos agregados de RCD reciclados, uma vez que ela permite a separação de partículas com diferentes
porosidades e mineralogia diferenciada. Ainda afirmam, que este método apresenta grande potencial para aplicação como um rápido método de controle de qualidade e de classificação de agregados reciclados.
Lovato (2007) realizou ensaios para classificação densitária, onde as faixas de densidade estabelecidas foram 1,9; 2,2 e 2,4 g/cm³. Os resultados obtidos para os ensaios com agregado graúdo reciclado ficaram dentro do esperado, sendo que a parcela flutuada na solução com densidade de 1,9 g/cm³ concentrou na sua maior parte a cerâmica vermelha e a flutuada na solução com densidade de 2,2 g/cm³ concentrou a maior quantidade de argamassa, já na solução com densidade de 2,4 g/cm³ foram separadas partículas de concreto (flutuadas) e rochas naturais (afundadas), conforme mostra o esquema da figura 2.
Figura 2 - Representação esquemática da separação por líquidos densos realizada por Lovato (2007)
Fonte: adaptada de Lovato (2007) d=1,9 g/cm³ d<1,9 g/cm³ d>1,9 g/cm³ d>2,2 g/cm³ 1,9 < d < 2,2 g/cm³ d=2,2 g/cm³ d=2,4 g/cm³ d>2,4 g/cm³ 2,2 < d < 2,4 g/cm³
Os materiais separados no processo foram secos em estufa, foi realizada a pesagem e as amostras de agregados graúdos foram classificadas por faixas de densidade. O ensaio também foi realizado com agregado miúdo, porém foi constatado que em uma parte da amostra as partículas absorveram a solução de bromofórmio, o que alterou sua densidade. Por se tratar de um material muito fino, a retirada das parcelas flutuantes é mais demorada, além disso, uma parte fica aderida nas paredes do recipiente. Apesar de apresentar algumas vantagens, a eficiência do método de afunda-flutua precisa ser melhor avaliada para a caracterização de agregados de RCD. Considerando que porosidades elevadas são características frequentes dos agregados reciclados, a aplicação do método pode resultar na contaminação das partículas do material, e na absorção do líquido utilizado no ensaio, o que promove uma alteração na densidade das partículas da amostra e modifica os resultados do teste (LOVATO, 2007).
Outros autores como Sampaio e Tavares (2005) citam algumas vantagens da separação pelo método dos líquidos densos, como:
a) permite avaliar a viabilidade de emprego da separação densimétrica dos materiais; b) a possibilidade de ser utilizado para pequenas quantidades de material;
c) apresentar uma maior precisão nos resultados quando comparados a processos como de jigagem (que é descrito no item 3.4), uma vez que a densidade do meio pode ser ajustada;
Analisando os trabalhos citados que estudaram a caracterização densimétrica de agregados utilizando o método de líquidos densos, em pesquisas laboratoriais de pequena escala, pode-se perceber a eficiência do método especialmente quando os materias possuem densidades próximas e ara uma ampla gama de partículas. Por outro lado, os altos custos relacionados à produção e manejo dos líquidos densos tornam o processo inviável na separação em larga escala de agregados reciclados. Outra limitação é o uso na separação de partículas com elevada porosidade, característica que é geralmente encontrada nos materiais que compõe RCD.
Já para grandes quantidades de material, o que seria uma escala real para a separação de agregados reciclados de RCD, os custos com os líquidos utilizados no processamento e as proporções do processo o tornam inviável.
3.1.2 Método de tratamento através de jigagem
Jigagem é um processo de separação de materiais através de equipamento mecanizado, conhecido como Jigue, cujo funcionamento consiste em promover a expansão (dilatação) e contração (compressão) de um leito com partículas, através do uso de um meio fluido, geralmente água ou ar. Através da pulsação do fluido ocorre a formação de camadas estratificadas, cada qual contendo partículas com diferentes densidades, tamanhos e formas. O resultado do processamento é que as partículas são estratificadas em camadas de densidade crescente desde a parte superior até à base, como representado na figura 3, onde na situação (1) um fluxo de fluido pulsante (água ou ar) é fornecido através do meio granular a uma dada frequência (w) e amplitude (A) e após, nos cenários (2) e (3) sucessivos ciclos de fluidização e sedimentação promovem o fenômeno da segregação (SAMPAIO et al., 2016).
Figura 3 - Mecanismos do processo de jigagem, fluidização e sedimentação
Fonte: Sampaio et al. (2016)
